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轨道交通与地下工程
Track Traffic Underground Engineering
电缆隧道平交段设计选型
田德旺,张文明2
(1.有家庄铁道大学四方学院土木工程系,河北石家庄051132;2.中铁十七局集团有限公司
石家庄新H广场项目部,河北石家庄051132)
摘要:针对某电缆隧道平交段设计要求,提出了3种衬砌结构形式,并利用有限元软件进行了数值模拟;通过对结果的
对比分析,确定了最终的设计方案。
关键词:电缆隧道;平交段;设计;数值分析
中图分类号:U452.25
文献标志码:B
文章编号:1009-7767(2015)05-0097-04
Level-crossing Design of Cable Tunnels
Tian Dewang,, Zhang Wenming
随着我国经济的发展,综合国力的增强,各个大中压力、地震荷载。由于笔者主要研究结构受力性能,故
城市用电量与目俱增。电缆隧道因具有解决城市用地这里只考虑主要荷载一一制岩压力的影响。由于目前
稀缺,保证电力电缆设施本体安全,能够满足设计输还没有较为完善的电缆隧道设计规范,所以在荷载计
送容量要求等优点,越米越多地出现于城市配电网算和安全系数计算时主要参考了《铁路隧道设计规范》
中,平交段的利用使得城市电力输送变得四通八达。2.1围岩压力
对于电缆隧道平交段而言,因其受力复杂,施工
由于电缆隧道埋深普遍比较浅,岩压力按松散
难度大,目前尚没有较完善的设计规范。笔者针对某压力考虑,其竖向荷载按全土柱理论计算
电缆隧道平交段特定地质条件和工程设计要求,设计
了3种衬砌结构形式,即柱状结构形式、普通穹顶结式中:ッ为制岩的重度;h为隧道埋深。
构形式、改进的穹顶结构形式。其中日前比较常见的
水平均布床力按式(2)计算
是柱状结构形式和普通穹顶结构形式。笔者通过有限
元软件对这3种衬砌结构进行了数值模拟和强度验算。式中:B为水平压力系数。
通过计算结果的对比分析,选出了1种技术可行、经济2.2弹性抗力
合理的结构形式,并得出一些建设性的结论。
考虑围岩的弹性抗力,由温克尔假定计算
1电缆隧道平交段衬砌设计
T=K。
目前电缆隧道平交段常用的设计方法有:工程类式中:の1为在改点处闱岩和结构相互作用的反力;为
比法、荷载结构法、地层结构法和收敛一约東法。
用岩的弹性抗力系数:8:为支护结构表面某点的位移
笔者采用的设计方法是荷载结构法,这种方法认(即对应的制岩表面某点的压缩变形)。
为支护结构是承载的主体,主要适用于围岩因过分变3衬砌结构设计
形而发生松弛和崩塌,以及支护结构主动承担同岩“松3.1工程概况
动”压力的情况。目前电缆隧道多建于软土地区,而且
某电缆隧道平交段埋深10m,衬砌截而跨度2.55m
埋深较浅,隧道设计采用荷载结构法是恰当的。
电缆转弯半径3.5m
2电缆隧道平交段荷载
根据现场勘察和地质报告,场地内地层主要为粉
电缆隧道平交段承受的荷载主要有外水压力、同土,呈松散结构,隧道围岩级别为V级。该地层的物理
岩压力、地层弹性抗カ、地层摩擦力、衬砌重力、灌浆力学指标见表1。电缆隧道平交段示意图见图1。
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表1粉士地层的物理力学指标
重度/弹性反力变形
内摩黏聚计算内
系数/模量/
洎松
(KN/m)
比擦角/力/摩擦角/
(MPA/m) GP
Mpa
19.5
100
0.05
0.3
300.05
45
图2柱状结构有限元模型
图1电缆隧道平交段示意图
图3普通穹顶结构有限元模型
3.2建模情况
根据公式(1)计算出竖直压力为195kNm2,水平
侧压力系数取0.4,计算得到水平压力为178kNm2。隧
道结构为复合式树砌:初期支护采用“喷射混凝土+格
栅钢架+钢筋网”,厚度250mm,喷射混凝土强度等级
C20,钢筋网采用の8@100mmx100mm,格栅钢架主筋
为4根の28mm钢筋,钢架间距50cm;二次衬砌采用
模筑混凝土,厚度250mm,混凝土强度等级C30,钢筋
采の20@150mm,双层双向配筋。在满足使用功能的
前提下,笔者提出了3种树砌结构形式:柱状结构形
式、普通穹顶结构形式、改进的穹顶结构形式。应用 ansys
图4改进的穹顶结构有限元模型
10.0软件建立电缆隧道平交段空间三维模型,其有限
元模型图见图2~4。隧道衬砌结构选取壳单元
shel13),用岩弹性抗力用非线性弹簧单元( combin39
模拟(本构关系见图5)
3.3计算结果分析
电缆隧道半交段受力复杂,为双向受力状态,但隧
道纵向受力明显小于隧道环向受力,因此笔者只考虑
隧道环向受力对衬砌结构的影响,隧道环向内力图见
图6~11(图中数字代表安全系数验算位置)。安全系数
见表2~4
图5围岩弹性抗力的非线性弹簧本构关系图